NASA Science Mission Directorate (Svenska)

by Gil Knier

back to the [email protected] story ”The Edge of Sunshine”

What is Photovoltaics?

Photovoltaics is the direct conversion of light into electricity at the atomic level., Vissa material uppvisar en egenskap som kallas den fotoelektriska effekten som får dem att absorbera fotoner av ljus och släppa elektroner. När dessa fria elektroner fångas, en elektrisk ström resultat som kan användas som El.

den fotoelektriska effekten noterades först av en fransk fysiker, Edmund Bequerel, 1839, som fann att vissa material skulle producera små mängder elektrisk ström när de exponeras för ljus., År 1905 beskrev Albert Einstein ljusets natur och den fotoelektriska effekten som fotovoltaisk teknik bygger på, för vilken han senare vann Nobelpriset i fysik. Den första fotovoltaiska modulen byggdes av Bell Laboratories 1954. Det fakturerades som ett solbatteri och var mestadels bara en nyfikenhet eftersom det var för dyrt att få utbredd användning. På 1960-talet började rymdindustrin göra den första allvarliga användningen av tekniken för att ge kraft ombord på rymdfarkoster. Genom rymdprogrammen etablerades tekniken avancerad, dess tillförlitlighet och kostnaden började minska., Under energikrisen på 1970-talet fick solcellsteknik erkännande som en kraftkälla för icke-rymdtillämpningar.

diagrammet ovan illustrerar driften av en grundläggande solcell, även kallad solcell. Solceller är gjorda av samma typer av halvledarmaterial, såsom kisel, som används i mikroelektronikindustrin. För solceller behandlas en tunn halvledarskiva speciellt för att bilda ett elektriskt fält, positivt på ena sidan och negativt på den andra., När ljusenergi träffar solcellen slås elektroner loss från atomerna i halvledarmaterialet. Om elektriska ledare är fästa på de positiva och negativa sidorna, som bildar en elektrisk krets, kan elektronerna fångas i form av en elektrisk ström-det vill säga El. Denna el kan sedan användas för att driva en belastning, till exempel ett ljus eller ett verktyg.

ett antal solceller elektriskt anslutna till varandra och monterade i en stödstruktur eller ram kallas en solcellsmodul., Moduler är utformade för att leverera el vid en viss spänning, såsom ett gemensamt 12 volts-system. Strömmen som produceras är direkt beroende av hur mycket ljus som träffar modulen.

flera moduler kan kopplas samman för att bilda en array. I allmänhet, ju större området av en modul eller array, desto mer el som kommer att produceras. Solcellsmoduler och matriser producerar likström (dc) elektricitet., De kan anslutas i både serie och parallella elektriska arrangemang för att producera vilken spänning och strömkombination som helst.

dagens vanligaste PV-enheter använder en enda korsning, eller gränssnitt, för att skapa ett elektriskt fält inom en halvledare som en PV-cell. I en enda korsning PV-cell kan endast fotoner vars energi är lika med eller större än cellmaterialets bandgap frigöra en elektron för en elektrisk krets., Med andra ord är det fotovoltaiska svaret hos enkorsningsceller begränsat till den del av solens spektrum vars energi ligger över bandgapet hos det absorberande materialet och lägre energifotoner används inte.

ett sätt att komma runt denna begränsning är att använda två (eller flera) olika celler, med mer än ett band gap och mer än en korsning, för att generera en spänning. Dessa kallas ”multifunction” – celler (även kallade ”cascade” eller ”tandem” – celler)., Multifunktionsenheter kan uppnå en högre total omvandlingseffektivitet eftersom de kan konvertera mer av ljusets energispektrum till El.

som visas nedan är en multifunktionsenhet en stapel av enskilda singelkorsningsceller i fallande ordning för bandgap (t.ex.). Den övre cellen fångar högenergifotonerna och passerar resten av fotonerna för att absorberas av nedre bandgapceller.

mycket av dagens forskning i multifunktionsceller fokuserar på galliumarsenid som en (eller alla) av komponentcellerna., Sådana celler har nått effektivitetsvinster på cirka 35% under koncentrerat solljus. Andra material som studerats för multifunktionsanordningar har varit amorft kisel och kopparindiumdiselenid.

som ett exempel använder multifunktionsanordningen nedan en övre cell av galliumindiumfosfid, ”en tunnelkorsning” för att underlätta flödet av elektroner mellan cellerna och en bottencell av galliumarsenid.,

Â
tillbaka till [email protected] story ”The Edge of Sunshine”
gå med i vår växande lista över abonnenter – registrera dig för vår expressnyhetsleverans och du kommer att få ett e-postmeddelande varje gång vi lägger upp en ny historia!!!
mer

rubriker

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras. Obligatoriska fält är märkta *